[發明專利]一種三維集成封裝內微焊點層的等效力學參數確定方法及系統

在審

• 申請號: 202210689871.3
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN114936500A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 李逵;張志祥;楊宇軍;匡乃亮
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14;G06F119/08;G06F113/18;G06F113/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 錢宇婧

本發明公開了一種三維集成封裝內微焊點層的等效力學參數確定方法及系統，屬于微焊點層的等效力學分析領域，本發明是圍繞三維集成封裝中微焊點層，利用微分思想將其進行切分，結合復合材料力學方法，得出微焊點層均勻化模型等效參數的理論計算方法，具有更高的準確性與穩定性。基于該等效計算方法，僅需要代入焊點和填充膠的基本材料參數與微焊點的直徑和高度便可求解出微焊點層在Z向和XY向的等效彈性模量、剪切模量、泊松比及熱膨脹系數，該理論計算方法簡潔高效，極大地降低了微系統的復雜度，大大地提高了仿真的效率。同時該方法基于微焊點的截冠球實際形貌，也大大提高了微系統等效建模準確性。

技術領域

本發明屬于微焊點層的等效力學分析領域，涉及一種三維集成封裝內微焊點層的等效力學參數確定方法及系統。

背景技術

隨著微電子產品不斷地向集成化、高密度化方向發展，微系統三維集成封裝結構內的微焊點數量越來越多、尺寸越來越小，尺寸量綱已達到微米級別，造成了封裝內各結構的尺寸跨度較大，使得微焊點的力學參數呈現明顯的尺寸效應，導致微系統的有限元建模和網格劃分愈發困難，造成仿真效率較低的問題。因此對微系統三維集成封裝結構進行等效建模可大大提高計算效率，具有極大工程應用價值。

根據三維封裝結構SEM圖像可知，大多微焊點形狀可看作為截冠球形貌。為便于研究分析，目前各國學者一般對截冠球形貌的微焊點采用等體積法將其等效為方形柱或圓柱狀，之后基于均勻化理論完成等效力學參數的理論計算。但是，上述等效處理的微焊點脫離了截冠球實際形貌，使得仿真結果與實際情況存在一定偏差。此外，也有研究直接使用有限元仿真的方法來計算微焊點層均勻化模型的等效參數，但該方法一方面由于仿真對象網格劃分不一致、加載不一致、仿真環境不一致等因素，不同的仿真結果可能計算得到不同的等效參數；另一方面，采用有限元仿真計算方法的計算時間較長、效率低下。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中等效體積法建模時等效材料參數計算值與實際情況相差較大的問題，以及基于有限元仿真計算方法的計算效率低下、計算結果一致性不好的問題，提供一種三維集成封裝內微焊點層的等效力學參數確定方法及系統。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明提出的一種三維集成封裝內微焊點層的等效力學參數確定方法，包括如下步驟：

基于規則陣列排布微焊點的微系統，選取微焊點層中的基本單元作為理論計算的胞體模型；

對胞體模型進行橫向切分，獲取若干個微小層結構，選取其中一個微小層結構作為理論分析計算對象，獲取微小層結構的等效彈性模量；

根據微小層結構的等效彈性模量獲取微小層結構的等效泊松比，根據微小層結構的等效泊松比獲取微小層結構的等效剪切模量，實現微焊點層等效力學參數的確定。

優選地，所述胞體模型包括微焊點和填充膠，所述微焊點位于所述填充膠的中心；

所述微焊點為截冠球形結構。

優選地，所述微小層結構為規則的圓柱體結構。

優選地，微小層結構的等效彈性模量包括微小層結構Z向等效彈性模量E_z和微小層結構X向等效彈性模量E_x，表達式如下：

其中，V_f為微焊點體積含量，V_m為填充膠體積含量，v_f為微焊點的泊松比，v_m為填充膠的泊松比，K為體積改變模量，v_zx為縱向泊松比，v_xy為橫向泊松比，E_f為微焊點的彈性模量，E_m為填充膠的彈性模量，ξ為影響因子。

優選地，影響因子ξ的表達式如下：